一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法技術

本發明專利技術屬于激光光譜分析與檢測方法技術領域，具體涉及一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法。本方法主要是基于微量元素譜線所測等離子體電子密度和待分析譜線線寬來求得待分析譜線的自吸收系數，從而實現對譜線自吸收效應的校正。具體：1)選取相同測量條件下的微量元素譜線作為不受自吸收效應影響的光學薄參考線；2)通過所選參考線線寬計算對應的等離子體電子密度；3)通過電子密度和待分析譜線線寬計算待分析譜線自吸收系數并評估其自吸收程度；4)通過自吸收系數校正待分析譜線的峰值強度和積分強度。利用本方法可以便捷地校正等離子體譜線強度，提高光譜數據的準確性，進而更精確地進行物質成分定量分析。

Method for correcting spectral line self absorption effect in laser induced breakdown spectrum

The invention belongs to the technical field of laser spectrum analysis and detection, in particular to a method for correcting the self absorption effect of a spectral line in a laser induced breakdown spectrum. The method is based on the measurement of the electron density of the plasma and the linewidth of the spectral line to be analyzed, and the self absorption coefficient of the spectral line is obtained, so that the self absorption effect of the spectral line can be corrected. Specifically: 1) thin optical reference line selected trace elements under the condition of the same line as the measurement is not affected by self absorption effect; 2) through the selected reference line width of the plasma electron density corresponding calculation; 3) to calculate the analytical spectral line self absorption coefficient and evaluate the degree of self absorption linewidth by electron density and to be analyzed; 4) by self absorption coefficient correction of peak intensity and integral intensity of spectral line. By using this method, the spectral line intensity of plasma can be conveniently corrected, and the accuracy of spectral data can be improved, and then the quantitative analysis of mass components can be carried out more accurately.

【技術實現步驟摘要】
一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法
本專利技術屬于激光光譜分析與檢測方法
，具體涉及一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法。
技術介紹
激光誘導擊穿光譜(LIBS)通過測定激光誘導等離子體中發射譜線的波長和強度來確定樣品中元素的種類和含量，實現對未知樣品的定性和定量分析。然而，當樣品中待測元素含量較高時，該元素的發射譜線容易出現自吸收現象，自吸收效應會導致相應譜線強度的降低和譜線寬度的增加，從而使譜線強度與元素含量間的線性關系被破壞，定量分析準確性大為降低。為了減小譜線自吸收效應對定量分析的影響，目前普遍采用的校正方法有：1)建立光學厚等離子體模型來校正(Bulajic等，Spectrochim.ActaB，2002，57：339-353)；2)通過計算光學厚等離子體發射譜線的光學深度來校正(D.M.DíazPace等，Appl.Spectrosc.，2011，65：1202-1212)；3)選擇待分析譜線同種元素的其中一條無自吸收譜線作為內參考線來校正(SunL等，Talanta，2002，79：399-395)。然而，上述方法都需要利用待分析譜線來求得等離子體溫度、電子密度等參數，計算過程復雜，難免引入誤差，同時激光和靶樣品相互作用機制的復雜性以及等離子體的快速演化都會降低這些校正方法對LIBS定量分析的適用性。
技術實現思路
本專利技術的目的是解決激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應影響定量分析結果的技術問題，提供了一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法，包括以下步驟：(1)利用微量元素譜線求得等離子體電子密度ne：非氫元素，氫元素，其中，為非氫元素譜線線寬，為非氫元素譜線的Stark展寬系數，ΔλH為氫元素譜線的線寬，ωH為氫元素譜線的Stark展寬系數；(2)計算待分析譜線的自吸收系數SA：其中，Δλ為待分析譜線的線寬，ω為待分析譜線的Stark展寬系數；(3)計算校正后待分析譜線的峰值強度I0(λ0)：其中，I(λ0)為待分析譜線的原始峰值強度；(4)計算校正后待分析譜線的積分強度其中，為待分析譜線的原始積分強度，至此完成激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的校正過程。本專利技術提出一種通過直接分析等離子體發射譜線來評估并校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法，主要基于微量元素譜線所測等離子體電子密度和待分析譜線線寬來求得待分析譜線的自吸收系數，從而實現對待分析譜線自吸收效應的校正。本方法避免了傳統校正方法中需要利用待分析譜線求得等離子體溫度、電子密度等參數的復雜計算過程及所引入的誤差，使得對譜線自吸收效應的校正更加直接簡便。附圖說明圖1為本專利技術所述激光誘導擊穿光譜測量裝置原理圖；圖中，1-Nd:YAG脈沖激光器，2-聚光系統，3-樣品，4-熒光收集系統，5-光柵光譜儀，6-ICCD；圖2為本專利技術鋁合金樣品自吸收效應校正前的Boltzmann平面圖；圖3為本專利技術對鋁合金樣品自吸收效應校正后的Boltzmann平面圖。具體實施方式如圖1所示，本實施例所使用的激光誘導擊穿光譜測量裝置包括Nd:YAG脈沖激光器1、聚光系統2、熒光收集系統4、光柵光譜儀5和ICCD6，脈沖激光器1出射的532nm高能窄脈沖經過聚光系統2聚焦在樣品3表面，產生等離子體，等離子體熒光經過熒光收集系統4收集后傳輸至光柵光譜儀5，光柵光譜儀5對等離子體熒光按波長進行分光后投射到ICCD6上進行光電轉換和模數轉換后得到相應的光譜數據。其中，ICCD6的外部觸發信號由脈沖激光器1給出。本實施例以鋁合金樣品為例，校正其激光誘導擊穿光譜中Al元素原子譜線的自吸收效應。結合附圖對本專利技術所述的一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法進一步描述，具體包括以下步驟：(1)利用微量元素譜線求得等離子體電子密度ne：非氫元素，氫元素，其中，為非氫元素譜線線寬，為非氫元素譜線的Stark展寬系數，ΔλH為氫元素譜線的線寬，ωH為氫元素譜線的Stark展寬系數；這里選擇微量元素氫的Hα656.3nm線作為不受自吸收效應影響的光學薄參考線，利用Hα線求得等離子體電子密度ne：同理，此步驟也可以選取樣品內其余非氫微量元素譜線(例如：CaI422.7nm線)，利用非氫元素電子密度公式計算等離子體電子密度ne；(2)計算待分析譜線的自吸收系數SA：其中，Δλ為待分析譜線的線寬，ω為待分析譜線的Stark展寬系數；這里選擇11條Al原子譜線作為待分析譜線，譜線相應參數及計算所得SA值見表1。例如，對于AlI226.35nm譜線，其SA值為：表1(3)計算校正后待分析譜線的峰值強度I0(λ0)：其中，I(λ0)為待分析譜線的原始峰值強度；這里計算校正后Al原子譜線的峰值強度I0(λ0)，計算所得I0(λ0)值見表1。例如，對于AlI226.35nm譜線，其I0(λ0)值為：(4)計算校正后待分析譜線的積分強度其中，為待分析譜線的原始積分強度；這里計算校正后Al原子譜線的積分強度計算所得值見表1。例如，對于AlI226.35nm譜線，其值為：至此完成激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的校正過程。為了說明本專利技術所述方法對鋁合金樣品的激光誘導擊穿光譜中Al元素原子譜線自吸收效應的校正效果，利用本領域技術人員所公知的Boltzmann平面法進行了驗證。由11條Al原子譜線在自吸收效應校正前后所作的Boltzmann平面分別見圖2和圖3，校正后Boltzmann平面的線性相關系數R2由0.97提高至0.99。由此可見，本方法明顯降低了Al元素原子譜線的自吸收效應，所獲譜線強度更加準確。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)利用微量元素譜線求得等離子體電子密度n

【技術特征摘要】
1.一種校正激光誘導擊穿光譜中譜線自吸收效應的方法，其特征在于：包括以下步驟：(1)利用微量元素譜線求得等離子體電子密度ne：非氫元素，氫元素，其中，為非氫元素譜線線寬，為非氫元素譜線的Stark展寬系數，ΔλH為氫元素譜線的線寬，ωH為氫元素譜線的Stark展寬系數；(2)計算待分析譜線的自吸收系數SA：其中，Δλ為待分析譜線的線寬，ω為待分析譜線...

【專利技術屬性】
技術研發人員：侯佳佳，張雷，尹王保，肖連團，賈鎖堂，
申請(專利權)人：山西大學，
類型：發明
國別省市：山西,14